NO314862B1 - Auto-telescopic display with pixel matrix and optical system, as well as related micro lens applications - Google Patents

Auto-telescopic display with pixel matrix and optical system, as well as related micro lens applications Download PDF

Info

Publication number
NO314862B1
NO314862B1 NO20010161A NO20010161A NO314862B1 NO 314862 B1 NO314862 B1 NO 314862B1 NO 20010161 A NO20010161 A NO 20010161A NO 20010161 A NO20010161 A NO 20010161A NO 314862 B1 NO314862 B1 NO 314862B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
lens
screen
light
matrix
image
Prior art date
Application number
NO20010161A
Other languages
Norwegian (no)
Other versions
NO20010161L (en
NO20010161D0 (en
Inventor
Onar Aam
Original Assignee
Onar Aam
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Onar Aam filed Critical Onar Aam
Priority to NO20010161A priority Critical patent/NO314862B1/en
Publication of NO20010161D0 publication Critical patent/NO20010161D0/en
Priority to PCT/NO2002/000010 priority patent/WO2002059657A1/en
Publication of NO20010161L publication Critical patent/NO20010161L/en
Publication of NO314862B1 publication Critical patent/NO314862B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4294Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect in multispectral systems, e.g. UV and visible
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1814Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30Image reproducers
    • H04N13/302Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H04N13/305Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using lenticular lenses, e.g. arrangements of cylindrical lenses
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30Image reproducers
    • H04N13/349Multi-view displays for displaying three or more geometrical viewpoints without viewer tracking

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)

Abstract

Ved en automultiskopisk, for eksempel autostereoskopisk skjerm, med en bildeelement-/pixelmatrise (12,14,16,18) og som er tilordnet et linsesystem, har man tatt sikte på å utvide grensene for skjermens automulti-/autostereokopiske kvalitetsegenskaper, og for dette formål omfatter linsesystemet dels en matrise av mikrolinser, én for hvert bildeelement (12, 14 o.s.v.), dels en lentikulær linse/makrolinse (20). med et kurvet fokusplan (20A). Mikrolinsene er innrettet til å. projisere lys fra lysdioder via skjermens bildeelementer i matrisen på den lentikulære linsens (20) kurvede fokusplan (20A).In the case of an automoscopic, for example autostereoscopic screen, with a pixel / pixel matrix (12,14,16,18) and which is assigned to a lens system, the aim has been to expand the limits of the screen's automulti / autostereocopic quality properties, and for this purpose, the lens system comprises partly an array of microlenses, one for each pixel (12, 14, etc.), partly a lenticular lens / macro lens (20). with a curved focus plane (20A). The microlenses are arranged to project light from LEDs via the pixels of the screen in the matrix on the curved focus plane (20A) of the lenticular lens (20).

Description

AUTOMULTISKOPISK SKJERM MED BILDEELEMENTMATRISE OG AUTOMULTISCOPIC DISPLAY WITH PICTURE ELEMENT MATRIX AND

OPTISK SYSTEM, SAMT BESLEKTEDE MIKROLINSEANVENDELSER OPTICAL SYSTEM AND RELATED MICRO LENS APPLICATIONS

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en automultiskopisk skjerm som inneholder bildeelementer ordnet i linjer og kolonner til en bildematrise og som for øvrig oppviser trekk i overensstemmelse med den innledende del av patentkrav 1. The present invention relates to an automultiscopic screen which contains image elements arranged in lines and columns of an image matrix and which otherwise exhibits features in accordance with the introductory part of patent claim 1.

Likeledes angår oppfinnelsen spesielle anvendelser av mikrolinser og lignende lysformende organer som er teknisk-funksjonelt ekvivalente dermed og kan fokusere, forme og bøye lys i henhold til ulike, forutbestemte lysstrålemønstre. Til å forme lys finnes det foruten refraksjon og refleksjon, også diffraksjon. Ved diffraksjon utnytter man lysets bølgeegen-skaper til å skape lysmønstre ved interferens. Det finnes diffraktive linser som med fordel vil kunne settes inn i eller i forbindelse med en automultiskopisk skjerm ifølge oppfinnelsen i stedet for eksempelvis mikrolinser. Likewise, the invention relates to special applications of microlenses and similar light-shaping bodies which are technically functionally equivalent thereto and can focus, shape and bend light according to different, predetermined light beam patterns. In addition to refraction and reflection, there is also diffraction to shape light. Diffraction uses the wave properties of light to create light patterns through interference. There are diffractive lenses which can advantageously be inserted into or in connection with an automultiscopic screen according to the invention instead of, for example, microlenses.

Optiske systemer som inngår i arrangementer ifølge oppfinnelsen kan således innbefatte refraktive linser eller diffraktive linser (eksempelvis diffraktive linser med dobbelt bølge-lengde som kan ta to bølgelengder og fokusere dem på det samme fokusplan). Diffraktive linser bøyer ikke lys i tradisjonell forstand, men danner interferensmønstre. Optical systems included in arrangements according to the invention can thus include refractive lenses or diffractive lenses (for example diffractive lenses with double wavelength which can take two wavelengths and focus them on the same focal plane). Diffractive lenses do not bend light in the traditional sense, but form interference patterns.

Oppfinnelsen omfatter en hvilken som helst automultiskopisk skjerm med bildeelementmatrise, eksempelvis en autostereosko-pisk skjerm, og nevnte optiske system, som kan bestå av et linsesystem, omfatter generelt lysformende organer, herunder mikrolinser. Disse lysformende organers/mikrolinsers nevnte spesialanvendelser utgjør derved anvendelser som kan ansees som spesielle, men beslektet med deres oppgaver i tilknytning til nevnte autoskopiske skjerms bildeelementer. The invention includes any automultiscopic screen with picture element matrix, for example an autostereoscopic screen, and said optical system, which may consist of a lens system, generally includes light-shaping devices, including microlenses. The said special applications of these light-forming organs/microlenses thereby constitute applications which can be considered special, but related to their tasks in connection with said autoscopic screen's image elements.

En LCD-skjerm er en type skjerm ved hvilken oppfinnelsen kan tillempes, for eksempel en autostereoskopisk LCD-skjerm hvor dennes dybde-/romvirkning eller perspektiviske/tredimensjo-nale effekt tilveiebringes ved hjelp av nevnte optiske system i form av et formålstjenlig linsesystem. An LCD screen is a type of screen to which the invention can be applied, for example an autostereoscopic LCD screen where its depth/spatial effect or perspective/three-dimensional effect is provided by means of said optical system in the form of a suitable lens system.

Termen "linse" kan derved i denne sammenheng blant annet omfatte gjennomskinnelige, lysbrytende legemer avgrenset av flater hvorav minst én har kurvet utforming, idet det finnes sfæriske/asfæriske linser. Diffraktive linser kan benyttes i de tilfeller hvor det underliggende bildeelement/pixel består av tre distinkte fargekomponenter, rød, grønn og blå. "Opp-løsning" i tilknytning til automulti-/autostereoskopiske skjermer av angjeldende slag er definert som bildepunkters tetthet på skjerm (eller på fotografi). The term "lens" can therefore in this context include, among other things, translucent, light-refracting bodies bounded by surfaces of which at least one has a curved design, as there are spherical/aspherical lenses. Diffractive lenses can be used in cases where the underlying image element/pixel consists of three distinct color components, red, green and blue. "Resolution" in relation to automulti-/autostereoscopic displays of the type in question is defined as the pixel density on the screen (or on a photograph).

Automultiskopi/-stereoskopi tilveiebrakt ved hjelp av linser over en flat skjerm representerer kjent teknologi, jfr. WO 99/00993 og U.S. patentskrift nr. 6,064,424, som begge utgjør illustrative og representative eksempler på teknikkens stand-punkt . Automultiscopy/stereoscopy provided by means of lenses over a flat screen represents known technology, cf. WO 99/00993 and U.S. Pat. patent no. 6,064,424, both of which constitute illustrative and representative examples of the state of the art.

WO 99/00993 omhandler en autostereoskopisk skjerm, idet det i denne patentpublikasjon er omtalt et bredt spektrum innen kjent autostereoskopi. WO 99/00993 deals with an autostereoscopic screen, as this patent publication discusses a broad spectrum within known autostereoscopy.

US 6,064,424 omhandler et autostereoskopisk skjermvisningsapparat, og omtaler forsøk hvor man i forbindelse med appara-tets skjerm har søkt å utnytte vertikal oppløsning i horisontal retning ved hjelp av klassisk linseteknikk. Det er ved dette kjente stereoskopiske skjermvisningsapparat ufordelak-tig at det her ikke kan utføres en oppskalering/forstørrelse av et bilde eller deler av bildet. US 6,064,424 deals with an autostereoscopic screen display device, and mentions attempts where, in connection with the device's screen, one has tried to utilize vertical resolution in the horizontal direction using classic lens technology. It is disadvantageous with this known stereoscopic display device that an upscaling/enlargement of an image or parts of the image cannot be carried out here.

GB 2 272 555 beskriver en stereoskopisk fremviser hvor den bildedannende anordningen er bygget opp lagvis av først en rekke av linser, så en lysmodulator, så et diffuserende lag og til slutt en andre rekke av linser nærmest observatøren. I tillegg beskriver dokumentet en lyskilderekke før den første rekken av linser. Det diffuserende laget er plassert i fokusplanet til den andre rekken av linser nærmest observatøren, samt ved et bildedannende plan i forhold til den første rekken linser. GB 2 272 555 describes a stereoscopic projector where the image-forming device is built up in layers from first a row of lenses, then a light modulator, then a diffusing layer and finally a second row of lenses closest to the observer. In addition, the document describes a light source row before the first row of lenses. The diffusing layer is placed in the focal plane of the second row of lenses closest to the observer, as well as at an image-forming plane in relation to the first row of lenses.

EP 0809 124 beskriver en diffraktiv/refraktiv linsematrise. Linsematrisen brukes til a fokusere lys på en fotosensitiv matrise av sensorer. For hvert linseelement er den optiske akse angitt som en funksjon av den radielle posisjonen til linseelementet. Linsene er konkave. WO 99/00993 omhandler en autostereoskopisk skjerm, idet det i denne patentpublikasjon er omtalt et bredt spektrum innen kjent autostereoskopi. Nevnte kjente teknikk hvor det ved hjelp av linser opprettes og opprettholdes autostereoskopi over en flat skjerm, har grunnleggende fysiske begrensninger. På grunn av lysbølgenes egenskaper finnes det en nedre grense for hvilket antall bildeelementer (pixler) som kan plasseres bak en linse av den art som inngår i et typisk autostereoskopisk linsesystem, og dermed også for antall vinkler (i rommet) som kan vises. Dette igjen setter fundamentale begrensninger for hvor god autostereoskopisk gjengivelse og dermed opplevelse som tradisjonelle linsesystemer vil kunne være i stand til å skaffe til veie. EP 0809 124 describes a diffractive/refractive lens matrix. The lens array is used to focus light onto a photosensitive array of sensors. For each lens element, the optical axis is specified as a function of the radial position of the lens element. The lenses are concave. WO 99/00993 deals with an autostereoscopic screen, as this patent publication discusses a broad spectrum within known autostereoscopy. Said known technique, where autostereoscopy is created and maintained over a flat screen with the help of lenses, has basic physical limitations. Due to the properties of light waves, there is a lower limit to the number of image elements (pixels) that can be placed behind a lens of the kind included in a typical autostereoscopic lens system, and thus also to the number of angles (in space) that can be displayed. This in turn places fundamental limitations on how good autostereoscopic reproduction and thus the experience that traditional lens systems will be able to provide.

Et linsesystem som kan benyttes som optisk system for nevnte skjerm, kan med fordel utgjøre et spesialtilfelle av et slags optisk system som er vist og beskrevet i flere patentskrifter i tilknytning til såkalte "uendelighetsskjermer" ("infinite display" eller "infinite optical image-forming apparatus"; jfr. eksempelvis US 3,443,858 og 4,653,875). A lens system that can be used as an optical system for said screen can advantageously constitute a special case of a kind of optical system that is shown and described in several patent documents in connection with so-called "infinity displays" ("infinite display" or "infinite optical image-forming apparatus"; cf. for example US 3,443,858 and 4,653,875).

Slike uendelighetsskjermer oppviser egenskaper som får en avbildning som befinner seg nær en observatør, til å se ut som den er (tilnærmelsesvis) uendelig langt borte. Dette prinsipp brukes blant annet i flysimulatorer tilknyttet det amerikans-ke flyvåpen, for å skape mer virkelighetstro forhold. Such infinity screens exhibit properties that make an image located close to an observer appear to be (approximately) infinitely far away. This principle is used, among other things, in flight simulators associated with the American air force, to create more realistic conditions.

Teknisk sett kan en uendelighetsskjerm defineres som en skjerm som fokuserer en avbildning (tilnærmelsesvis) mot "uendeligheten". Technically, an infinity screen can be defined as a screen that focuses an image (approximately) towards "infinity".

Mår en bruker betrakter en slik skjerm rett forfra, vil han/ hun se hele angjeldende avbildning som om den befant seg uendelig langt borte. Dette betyr at dersom man står (tilnær-met) uendelig langt borte fra en slik uendelighetsskjerm vil hele denne skjermen dekkes av kun én farge, som er en funksjon av den vinkel som skjermen betraktes fra. Man kan derfor bygge opp en autostereoskopisk skjerm ved å sammenstille mange slike uendelighetsskjermer som "bildeelementer/pixler" i en større makroskjerm. If a user looks at such a screen from the front, he/she will see the entire image in question as if it were infinitely far away. This means that if you stand (almost) infinitely far away from such an infinity screen, the entire screen will be covered by only one color, which is a function of the angle from which the screen is viewed. One can therefore build up an autostereoscopic screen by combining many such infinity screens as "picture elements/pixels" in a larger macro screen.

Et primært formål med nærværende oppfinnelse har derfor vært å unngå mangler og ulemper ved kjent teknikk, samt utvide grensene for automulti-/autostereoskopiske skjermer med hen-syn på dybdevirkningsgjengivelsen/romvirkningsopplevelsen. A primary purpose of the present invention has therefore been to avoid shortcomings and disadvantages of known technology, as well as to expand the limits of automulti-/autostereoscopic screens with regard to the depth effect reproduction/spatial effect experience.

Et ytterligere formål er å oppheve eller i vesentlig grad redusere de ovennevnte begrensende faktorer som virker nega-tivt inn på oppnåelsen av oppfinnelsens egentlige formål, nemlig en vesentlig forbedring av den automulti-/autostereoskopisk opplevelse som et optisk system, eksempelvis et linsesystem, vil kunne gi via skjermen. A further purpose is to cancel or to a significant extent reduce the above-mentioned limiting factors that have a negative effect on the achievement of the invention's actual purpose, namely a significant improvement of the automulti-/autostereoscopic experience that an optical system, for example a lens system, will be able to give via the screen.

Nevnte formål skal ifølge den foreliggende oppfinnelse søkes realisert med optimalt enkle og dessuten relativt billige midler. I tillegg tilsiktes det bibeholdt lang levetid for skjerm, lysformende organer/linser og tilordnete komponenter. Kjente stereoskopiske skjermer og skjermvisningsanordninger og -apparater oppviser visse egenskaper som erfaringsmessig har vist seg å være fordelaktige i mer underordnete henseen-de. Det kan være hensiktsmessig å bibeholde slike fordelaktige trekk ved kjent teknikk, såfremt dette kan ivaretas uten å svekke de primære trekk ved den automulti-/autostereoskopiske skjermen ifølge oppfinnelsen og som sikrer løsning av den definerte oppgave. According to the present invention, said purpose is to be realized with optimally simple and, moreover, relatively cheap means. In addition, it is intended to maintain a long service life for the screen, light-forming organs/lenses and associated components. Known stereoscopic screens and screen display devices and apparatuses exhibit certain properties which experience has shown to be advantageous in more subordinate respects. It may be appropriate to retain such advantageous features of known technology, as long as this can be ensured without weakening the primary features of the automulti-/autostereoscopic screen according to the invention and which ensures the solution of the defined task.

Nevnte formål oppnås ved at en automultiskopisk skjerm av den i den innledende del av patentkrav 1 angitte art, i tillegg er utformet og innrettet i overensstemmelse med de angivelser som fremgår av den karakteriserende del av patentkrav 1. Said purpose is achieved by the fact that an automultiscopic screen of the type specified in the introductory part of patent claim 1 is additionally designed and arranged in accordance with the specifications that appear in the characterizing part of patent claim 1.

Ifølge oppfinnelsen realiseres ovennevnte hovedsakelige formål ved at nevnte optiske system omfatter dels en matrise av lysformende organer, ett for hvert bildeelement i skjermmat-risen, dels et makrooptisk element med et fokusplan, hvilke lysformende organer er innrettet til å projisere lys fra skjermens bildeelementer på det makrooptiske elements fokusplan. According to the invention, the above-mentioned main purpose is realized in that said optical system comprises partly a matrix of light-shaping elements, one for each image element in the screen matrix, and partly a macro-optical element with a focal plane, which light-shaping elements are arranged to project light from the screen's image elements onto the focal plane of macro-optic elements.

De begrensninger som knytter seg til hvor god automulti-/autostereoskopisk opplevelse som tradisjonelle optiske systemer/linsesystemer er i stand til å gi, vil ifølge oppfinnelsen kunne skaffes av veie henholdsvis reduseres betydelig ved å projisere hele eller deler av skjermens vertikale opp-løsning over i horisontal retning, slik som nærmere angitt i patentkrav 1. The limitations associated with how good an automulti-/autostereoscopic experience that traditional optical systems/lens systems are able to provide can, according to the invention, be removed or significantly reduced by projecting all or parts of the screen's vertical resolution onto the horizontal direction, as specified in patent claim 1.

Dersom man utnytter hele den vertikale oppløsning i horisontalretningen, vil antall unike vinkler i horisontal retning kvadreres, det vi si at 2 x 2 vinkler blir til 4x1 vinkler, 10 x 10 vinkler blir til 100 x 1 og så videre. If one utilizes the entire vertical resolution in the horizontal direction, the number of unique angles in the horizontal direction will be squared, which means that 2 x 2 angles become 4x1 angles, 10 x 10 angles become 100 x 1 and so on.

Med andre ord kan oppfinnelsen således sies å bestå i å anvende den vertikale oppløsning på eksempelvis en LCD-skjerm (liquid crystal display = skjerm med flytende krystaller; andre skjermer er eksempelvis OLED, "organic light emitting display" eller LEP, "light emitting polymer") i horisontal retning. Øynene i et øyepar befinner seg normalt i et felles horisontalplan, og det er derfor mest hensiktsmessig å sørge for god vinkeloppløsning i den retningen. In other words, the invention can thus be said to consist of using the vertical resolution on, for example, an LCD screen (liquid crystal display = screen with liquid crystals; other screens are, for example, OLED, "organic light emitting display" or LEP, "light emitting polymer ") in the horizontal direction. The eyes in a pair of eyes are normally located in a common horizontal plane, and it is therefore most appropriate to ensure good angular resolution in that direction.

Ifølge oppfinnelsen blir dette iverksatt ved å sette inn lysformende organer, fortrinnsvis i form av spesialformede mikrolinser, og plassere dem foran de individuelle bildeelementer (pixlene) på LCD-skjermen. Disse spesialformede mikrolinser strekker, komprimerer og bøyer lyset fra de individuelle bildeelementer. Mikrolinsene sørger derved for en slik lysav-bøyning at for eksempel en 2x2 matrise av bildeelementer (pixler) vil kunne bli omdannet til en 4x1 matrise. En matrise er derved definert som en rektangulær oppstilling av elementer, her bildeelementer, arrangert i rekker og kolonner som kan behandles ifølge reglene i matrisealgebra. According to the invention, this is implemented by inserting light-forming organs, preferably in the form of specially shaped microlenses, and placing them in front of the individual image elements (pixels) on the LCD screen. These specially shaped microlenses stretch, compress and bend the light from the individual picture elements. The microlenses thereby provide such light deflection that, for example, a 2x2 matrix of image elements (pixels) can be converted into a 4x1 matrix. A matrix is thereby defined as a rectangular array of elements, here image elements, arranged in rows and columns that can be processed according to the rules of matrix algebra.

Uttrykt mer generelt resulterer anvendelsen av nevnte mikrolinser ifølge oppfinnelsen i en omforming av en AxB bildeelementmatrise til en (A<*>B)xl bildeelementmatrise, hvilket svarer til en økning av vinkeloppløsningen i horisontal retning. Anvendelsen av mikrolinser ifølge oppfinnelsen kan gi seg utslag i omforming av en flat bildeelementmatrise til en krum bildeelementmatrise som faller sammen med linsesystemets krumme fokusplan som skaper den holografiske effekt, for å redusere det holografiske linsesystemets kompleksitet. Expressed more generally, the use of said microlenses according to the invention results in a transformation of an AxB image element matrix into an (A<*>B)xl image element matrix, which corresponds to an increase of the angular resolution in the horizontal direction. The use of microlenses according to the invention can result in the transformation of a flat image element matrix into a curved image element matrix that coincides with the lens system's curved focal plane which creates the holographic effect, in order to reduce the complexity of the holographic lens system.

En N x M pixelmatrise vil kunne omformes til en hvilken som helst p x q matrise, hvor p<*>q = N<*>M. An N x M pixel matrix can be transformed into any p x q matrix, where p<*>q = N<*>M.

Innenfor oppfinnelsens ramme kan man benytte hele den vertikale oppløsning hos skjermen i horisontalretningen, men det er også mulig og fordelaktig å gjennomføre en delvis benyt-telse av den vertikale oppløsning på en LCD-skjerm i horisontal retning. Det er således for eksempel fullt mulig å omforme en 16x16 matrise til eksempelvis en 32x8 matrise. Within the framework of the invention, the entire vertical resolution of the screen can be used in the horizontal direction, but it is also possible and advantageous to make partial use of the vertical resolution of an LCD screen in the horizontal direction. It is thus, for example, entirely possible to transform a 16x16 matrix into, for example, a 32x8 matrix.

Når man først er kommet til den erkjennelse at det i oppfinnelsens sammenheng er generelt fordelaktig å utforme spesial-mikrolinser for hvert individuelt bildeelement i skjermen, åpner dette for muligheter som man ellers ikke ville hatt tilgjengelige. Once one has come to the realization that in the context of the invention it is generally advantageous to design special microlenses for each individual image element in the screen, this opens up possibilities that would otherwise not have been available.

Siden man først skal bøye og strekke lyset fra de individuelle bildeelementer representerer det ikke noen ekstrakostnad herunder å forme lyset på en slik måte at det projiseres på makrolinsens krumme fokusplan, noe som fører til en langt bedre synsvinkel enn man ellers ville ha oppnådd. Since you first have to bend and stretch the light from the individual image elements, there is no additional cost, including shaping the light in such a way that it is projected onto the curved focal plane of the macro lens, which leads to a far better viewing angle than you would otherwise have achieved.

Innen tradisjonell optikk (for eksempel i fotografiapparater) utgjør linsenes fokusplan en viktig problemstilling som må kunne håndteres. En enkel linse har et krumt fokusplan, men Within traditional optics (for example in photography devices), the focal plane of the lenses is an important issue that must be managed. A simple lens has a curved focal plane, but

det er i regelen ønskelig at fokusplanet er flatt, fordi fil-men i angjeldende fotoapparater ligger flatt; en LCD-skjerm i en prosjektør er flat, etc. Ved å anvende en serie linser som lyset må bevege seg igjennom, kan man rette ut fokusplanet. as a rule, it is desirable that the focal plane is flat, because the film in the cameras in question lies flat; an LCD screen in a projector is flat, etc. By using a series of lenses through which the light must travel, the focal plane can be straightened.

Dette kan i og for seg fungere svært godt, men drar uvegerlig med seg den ulempe at linsesystemets kompleksitet tiltar, og apparatet blir dyrere enn det ville ha blitt med en enkel linse. Ikke minst vil dette forhold gi seg negative utslag ved en holografisk skjerm hvor det vil kunne foreligge behov for flere tusen linsesystemer av denne art. This in and of itself can work very well, but inevitably brings with it the disadvantage that the complexity of the lens system increases, and the device becomes more expensive than it would have been with a simple lens. Not least, this situation will have negative consequences in the case of a holographic screen where there may be a need for several thousand lens systems of this kind.

Ifølge én foretrukket utførelsesform omfatter oppfinnelsesgjenstanden i store trekk seks funksjonelle elementer, (i) skjerm, (ii) bildeelementmatrise (i skjermen), (iii) matrise av lysformende anordninger, i typiske tilfelle bestående av mikrolinser, én for hvert bildeelement, (iv) krumt/flatt fokusplan, (v) lysformende og diffuserende hinne på fokusplanet, og (vi) lentikulær linse (makrolinse) som skaper en så-kalt holografisk effekt. Holografi forklares nærmere i be-skrivelsens spesielle del under henvisning til vedføyde tegninger. Samtlige komponenter er ikke kritiske for gjennomfø-ring av oppfinnelsens oppgave. Således inngår eksempelvis den lysformende og diffuserende hinne på fokusplanet i et eventualtrekk i en kombinasjon av kjente, i og for seg kjente og nye detaljtrekk ved en automulti-/autostereosko-pisk skjerm av angjeldende art. According to one preferred embodiment, the invention broadly comprises six functional elements, (i) screen, (ii) image element matrix (in the screen), (iii) matrix of light-shaping devices, typically consisting of microlenses, one for each image element, (iv) curved/flat focal plane, (v) light-shaping and diffusing membrane on the focal plane, and (vi) lenticular lens (macro lens) which creates a so-called holographic effect. Holography is explained in more detail in the special part of the description with reference to the attached drawings. All components are not critical for carrying out the task of the invention. Thus, for example, the light-shaping and diffusing membrane on the focal plane is part of an eventual feature in a combination of known, known in and of itself and new detail features of an automulti-/autostereoscopic screen of the type in question.

Mikrolinsene i matrisen (iii) som utgjør de lysformende anordninger, men som kan erstattes med andre, funksjonelt ekvivalente organer/innretninger, projiserer lyset fra bildeelementene i bildeelementmatrisen (ii) på den lentikulære linsens (vi)[det makroopiske elements] kurvede/flate fokusplan (iv). Dette fokusplanet (iv) kan være dekket av nevnte lysformende og diffuserende hinne (v) som diffuserer lyset fra bildeelementene og sprer det i alle retninger mot nevnte lentikulære linse (vi) som sender ut lyset fra de enkelte bildeelementer i den ønskede retning. The microlenses in the matrix (iii) which constitute the light-shaping devices, but which can be replaced with other, functionally equivalent organs/devices, project the light from the picture elements in the picture element matrix (ii) onto the curved/flat focal plane of the lenticular lens (vi) [the macroscopic element] (iv). This focal plane (iv) can be covered by said light-shaping and diffusing film (v) which diffuses the light from the image elements and spreads it in all directions towards said lenticular lens (vi) which emits the light from the individual image elements in the desired direction.

Noen uttrykk som går igjen i denne patentfremstilling er definert som følger: Stereoskopi er tidligere definert; autostereoskopi er uttrykk for stereoskopisk effekt som etable-res uten bruk av polariserte briller eller lignende hjelpe-midler. Some terms that are repeated in this patent formulation are defined as follows: Stereoscopy is previously defined; autostereoscopy is an expression of a stereoscopic effect that is established without the use of polarized glasses or similar aids.

Ettersom den foreliggende oppfinnelse gir mulighet til et vilkårlig antall unike vinkler, er skjermen snarere knyttet til automultiskopi enn til autostereoskopi. As the present invention allows for an arbitrary number of unique angles, the display is more related to automultiscopy than to autostereoscopy.

Skjermoppløsning er tidligere definert og blir i typiske tilfelle oppgitt i megapixler eller i horisontal x vertikal opp-løsning. Screen resolution has previously been defined and is typically stated in megapixels or in horizontal x vertical resolution.

Bildeelementstørrelse er størrelsen på et bildeelement (pix-el); i typiske tilfelle svarende til 0,25 mm på en LCD-skjerm. Image element size is the size of an image element (pixels); in typical cases corresponding to 0.25 mm on an LCD screen.

Vinkeloppløsning angir antall unike vinkler på en automultiskopisk skjerm og oppgis i totalt antall vinkler eller i horisontal x vertikal oppløsning, vinkelstørrelse er størrel-sen på vinkelen mellom to unike bilder fra den automulti-/autostereoskopiske skjermen. En vinkelstørrelse på 0,1° eller mindre vil gi en svært virkelighetstro automulti-/autostereoskopisk opplevelse. Synsvinkel angir vinkelområdet hvor skjermen er automulti-/autostereoskopisk. Angular resolution indicates the number of unique angles on an automultiscopic screen and is stated in the total number of angles or in horizontal x vertical resolution, angle size is the size of the angle between two unique images from the automulti/autostereoscopic screen. An angle size of 0.1° or less will provide a very realistic automulti/autostereoscopic experience. Viewing angle specifies the angular range where the display is automulti-/autostereoscopic.

Minimum øyedistanse er her definert som avstanden mellom øynene i et øyepar. Hos et voksent menneske svarer denne mini-male øyedistanse til ca. 5 cm, og hos et barn til ca. 3 cm. Skjermavstand er avstanden øyeparet har til skjermen. Minimum eye distance is here defined as the distance between the eyes in a pair of eyes. In an adult, this mini-small eye distance corresponds to approx. 5 cm, and in a child to approx. 3 cm. Screen distance is the distance between the pair of eyes and the screen.

Pixelvinkel angir et bildeelements vinkelstørrelse, som matematisk blir definert som atan (pixelstørrelse: skjermavstand). Maksimum pixelvinkel er den største akseptable pixelvinkel, som ikke bør være større enn 0,05°. Øynene er ikke i stand til å oppfatte pixelvinkler (vinkler på bildeelementer) som er mindre enn 0,01°, slik at denne vinkel aldri behøver å underskride denne verdi. Pixel angle indicates the angular size of a picture element, which is mathematically defined as atan (pixel size: screen distance). The maximum pixel angle is the largest acceptable pixel angle, which should not be greater than 0.05°. The eyes are not able to perceive pixel angles (angles on picture elements) that are smaller than 0.01°, so that this angle never needs to fall below this value.

Minimumsavstand angir minste skjermavstand som gir akseptabel pixelvinkel (vinkel på bildeelement). Minimumsavstand er her definert som den avstand man må befinne seg fra en autostereoskopisk skjerm for at pixelvinkeln skal ha maksimumverdi. Befinner man seg i kortere avstand fra skjermen, vil bildet begynne å se grovkornet ut. Minimumsavstand defineres matematisk som pixelstørrelse : tan (maksimal pixelvinkel). Maksimumsavstand svarer til den største skjermavstand hvor det fremdeles er mulig å betrakte skjermen autostereoskopisk, og defineres matematisk som forholdet mellom øyedistanse og tan (vinkelstørrelse). Minimum distance indicates the smallest screen distance that gives an acceptable pixel angle (angle of image element). Minimum distance is defined here as the distance one must be from an autostereoscopic screen for the pixel angle to have a maximum value. If you are at a shorter distance from the screen, the image will start to look grainy. Minimum distance is defined mathematically as pixel size : tan (maximum pixel angle). Maximum distance corresponds to the largest screen distance where it is still possible to view the screen autostereoscopically, and is defined mathematically as the ratio between eye distance and tan (angular size).

Rekkevidde er her definert som forholdet mellom maksimumsavstand og minimumsavstand. Som et generelt prinsipp er det ønskelig med så liten rekkevidde som mulig. Range is defined here as the ratio between maximum distance and minimum distance. As a general principle, it is desirable to have as little range as possible.

I en foretrukket utførelsesform kan nevnte optiske system med fordel bestå av et linsesystem hvis matrise av lysformende organer har form av en mikrolinsematrise, idet nevnte makro-kopiske element har form av en makrolinse/lentikulær linse, som oppviser et kurvet fokusplan. Mikrolinsene er innrettet til å projisere lys fra skjermens bildeelementer på nevnte linses kurvede fokusplan. In a preferred embodiment, said optical system can advantageously consist of a lens system whose matrix of light-forming organs has the form of a microlens matrix, said macro-copic element having the form of a macrolens/lenticular lens, which exhibits a curved focal plane. The microlenses are designed to project light from the screen's picture elements onto the curved focal plane of said lens.

I den etterfølgende spesielle beskrivelse hvor det forklares et konkret utførelseseksempel, vil det generelt bli benyttet de mer spesifikke termer, så som mikrolinser i stedet for det mer dekkende uttrykk "lysformende organer", makrolinse i stedet for "makrooptisk element", autostereoskopisk i stedet for "automultiskopisk" og så videre. In the subsequent special description where a concrete embodiment is explained, the more specific terms will generally be used, such as microlenses instead of the more comprehensive expression "light-forming organs", macrolenses instead of "macro-optical element", autostereoscopic instead of "automultiscopic" and so on.

Det henvises til medfølgende tegninger som illustrerer representative eksempler på oppfinnelsens utførelse og bruk i form av skjematisk fremstilte, ikke-begrensende utførelsesformer; og hvor: Fig. 1 viser et perspektivisk riss av en spesialformet mikrolinse som brukes i et linsesystem for en autostereosko-pisk LCD-skjerm ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 viser en forenklet skjematisk fremstilling som søker å anskueliggjøre plassering av mikrolinse foran de individuelle bildeelementer på LCD-skjermen, hvor det blant annet iverk-settes en avbøyning av lys fra lysdioder; Fig. 3 illustrerer en avbøyning av lys fra lysemitterende dioder ved hjelp av mikrolinser på en slik måte at en 2x2 matrise av bildeelementer blir omdannet til en 4x1 matrise; Fig. 4 viser et eksempel på en anvendelse av mikrolinser for å fokusere lyset fra bildeelementene på det krumme fokusplan ved den store linse som skaper den holografiske virkning; Fig. 5 illustrerer skjematisk visse parametre som står i forhold til hverandre, idet parametrene her er bildeelement, skjermavstand, vinkel på bildeelement (pixelvinkel) og stør-relse på bildeelement (pixelstørrelse); Fig. 6 viser en lignende skjematisk fremstilling av parametre som står i forhold til hverandre, nemlig synsområde, maksimumsavstand, synsvinkel, skjerm, minimumsavstand og vin-kelstørrelse; Fig. 7 og 8 tilsikter å illustere forskjellen på et ordinært fotografi (fig. 7) som ser likt ut fra alle synsvinkler og et hologram (fig. 8) som når det snus skaper illusjonen av at avbildningen roterer; Fig. 9 og 10 tilsikter å illustrere forskjellen på et ordinært fotografi (fig. 9) og et hologram (fig. 10) som repre-sentant for en type holografisk system; Fig. 11 illustrerer i sterkt skjematisert fremstilling et linsesystem i forbindelse med en flat skjerm hvor linsene skaper autostereoskopi i overensstemmelse med kjent teknikk; Fig. 12 illustrerer i motsvarende fremstillingsform hvordan hele eller deler av den vertikale oppløsning kan projiseres over i horisontal retning, for å unngå de begrensninger som knytter seg til den flate skjermen og tilordnet linsesystem ifølge fig. 11; og Fig.13 illustrerer til slutt sideordnede linser som tilsikter å flate ut et kurvet fokusplan, hvorved kompleksiteten hos systemet øker, mens et viktig formål for den foreliggende oppfinnelse består i å redusere linsesystemets kompleksitet uten tap av synsvinkel ved å projisere bildeelementene på en enkelt linses krumme fokusplan; Fig. 14A-14C viser skjematisk mikrolinser med innbyrdes avvikende form på linselegemet, henholdsvis utformet med krumning (Fig. 14A) for fokusering av lyset, med helling (Fig. 14B) for avbøyning av lyset, og med krumning og helling (Fig. 14C) for fokusering og avbøyning av lyset [dersom man ønsker ulik avbøyning/helling i X- og Y-retning, må respektive linse utformes motsvarende, det vil si med avvikende avbøyning/helling i nevnte koordinatretninger]. Reference is made to accompanying drawings which illustrate representative examples of the invention's execution and use in the form of schematically produced, non-limiting embodiments; and where: Fig. 1 shows a perspective view of a specially shaped microlens used in a lens system for an autostereoscopic LCD screen according to the invention; Fig. 2 shows a simplified schematic representation which seeks to visualize the placement of a microlens in front of the individual picture elements on the LCD screen, where, among other things, a deflection of light from LEDs is implemented; Fig. 3 illustrates a deflection of light from light-emitting diodes by means of microlenses in such a way that a 2x2 matrix of picture elements is converted into a 4x1 matrix; Fig. 4 shows an example of an application of microlenses to focus the light from the picture elements on the curved focal plane of the large lens which creates the holographic effect; Fig. 5 schematically illustrates certain parameters that are in relation to each other, the parameters here being image element, screen distance, angle of image element (pixel angle) and size of image element (pixel size); Fig. 6 shows a similar schematic presentation of parameters that are in relation to each other, namely viewing area, maximum distance, viewing angle, screen, minimum distance and angular size; Fig. 7 and 8 are intended to illustrate the difference between an ordinary photograph (Fig. 7) which looks the same from all viewing angles and a hologram (Fig. 8) which, when turned, creates the illusion that the image rotates; Fig. 9 and 10 are intended to illustrate the difference between an ordinary photograph (Fig. 9) and a hologram (Fig. 10) as representative of a type of holographic system; Fig. 11 illustrates in a highly schematic representation a lens system in connection with a flat screen where the lenses create autostereoscopy in accordance with known technology; Fig. 12 illustrates in a corresponding presentation form how all or parts of the vertical resolution can be projected over in the horizontal direction, in order to avoid the limitations associated with the flat screen and assigned lens system according to fig. 11; and Fig.13 finally illustrates side-by-side lenses which aim to flatten a curved focal plane, thereby increasing the complexity of the system, while an important purpose of the present invention consists in reducing the complexity of the lens system without loss of viewing angle by projecting the image elements onto a single lens' curved focal plane; Fig. 14A-14C schematically show microlenses with mutually different shapes on the lens body, respectively designed with curvature (Fig. 14A) for focusing the light, with tilt (Fig. 14B) for deflection of the light, and with curvature and tilt (Fig. 14C ) for focusing and deflection of the light [if you want different deflection/tilt in the X and Y directions, the respective lens must be designed accordingly, that is, with deviant deflection/tilt in the aforementioned coordinate directions].

I den etterfølgende spesielle beskrivelse av den automulti-/autostereoskopiske skjermen, de i skjermvisningskonstruk-sjonen inngående komponenter og deres skjematisk anskuelig-gjorte funksjonelle trekk, henvises det først til fig. 1-4, hvor fig. 1 viser et perspektivriss av en spesialutformet mikrolinse 10. I den viste utførelsesform har mikrolinsen 10 uregelmessig form bygget opp av seks ulike flater, fem plane ytre flater med innbyrdes avvikende form og én krum flate 10a hvis motsattvendte plane flate er betegnet med 10b. Denne mikrolinsens 10 geometriske form er uten symmetriplan. In the subsequent special description of the automulti-/autostereoscopic screen, the components included in the screen display construction and their schematically visible functional features, reference is first made to fig. 1-4, where fig. 1 shows a perspective view of a specially designed microlens 10. In the embodiment shown, the microlens 10 has an irregular shape made up of six different surfaces, five flat outer surfaces with mutually deviating shapes and one curved surface 10a whose opposite flat surface is denoted by 10b. The geometric shape of this microlens 10 is without a plane of symmetry.

Slike mikrolinser 10 er i et forutbestemt antall plassert foran en (ikke vist) LCD-skjerm individuelle bildeelementer, Such microlenses 10 are in a predetermined number placed in front of an LCD screen (not shown) individual image elements,

én for hvert bildeelement, for å strekke, komprimere og bøye lys som stammer fra individuelle bildeelementer så som vist sterkt skjematisert i fig. 2, hvor pilen A betegner om-dannelsesretningen, og hvor lyset bøyes slik at et kvad-ratisk bildeelement 12 via sin mikrolinse blir omdannet til et langstrakt rektangulært bildeelement 12a med langsidene i høyderetningen i tegningsfiguren. one for each picture element, to stretch, compress and bend light originating from individual picture elements as shown strongly schematically in fig. 2, where the arrow A denotes the direction of conversion, and where the light is bent so that a square image element 12 is converted via its microlens into an elongated rectangular image element 12a with the long sides in the height direction in the drawing figure.

Fig. 3 illustrerer et til fig. 2 svarende tilfelle, hvor lyset fra lysdiodene (ikke vist) via mikrolinser ifølge oppfinnelsen er avbøyd slik at en matrise på 2x2 bildeelementer /pixler 12, 14, 16, 18 blir omdannet (se pilen A) til en 4x1 pixelmatrise med høye, smale bildeelementer 12a, 14a, 16a, 18a. Fig. 3 illustrates a to fig. 2 corresponding case, where the light from the LEDs (not shown) via microlenses according to the invention is deflected so that a matrix of 2x2 picture elements / pixels 12, 14, 16, 18 is converted (see arrow A) into a 4x1 pixel matrix with tall, narrow picture elements 12a, 14a, 16a, 18a.

Ifølge oppfinnelsen fremstilles og innplasseres spesialformede mikrolinser 10, fig. 1, én for hvert individuelt bildeelement tilknyttet den stereoskopiske skjermvisningstek-nikk. Denne mikrolinseanvendelse legger forholdene til rette og åpner nye muligheter, spesielt i tilknytning til linsenes fokusplan ved relatert optikk. According to the invention, specially shaped microlenses 10, fig. 1, one for each individual image element associated with the stereoscopic screen display technique. This use of microlenses facilitates the conditions and opens up new possibilities, especially in relation to the focal plane of the lenses in related optics.

En enkel linse 20, fig. 4, har et krumt fokusplan 2OA. A simple lens 20, fig. 4, has a curved focal plane 2OA.

Som nevnt innledningsvis er det imidlertid ofte ønskelig at fokusplanet er flatt og plant. Det representerer i og for seg kjent teknikk å rette ut et krumt fokusplan, men kjente fo-ranstaltninger resulterer uvegerlig i komplekse linsesystemer og motsvarende kostbare stereoskopiske apparater etc. Særlig er dette problem akutt ved holografiske skjermer hvor en slik skjermutretting vil betinge tusenvis av slike linsesystemer. As mentioned at the beginning, however, it is often desirable that the focal plane is flat and level. Straightening a curved focal plane represents in and of itself known technique, but known measures inevitably result in complex lens systems and correspondingly expensive stereoscopic devices etc. This problem is particularly acute with holographic screens where such screen alignment will require thousands of such lens systems .

For å løse dette skjermutrettingsproblem uten derved å gi opphav til nye, andre problemer, blir det ifølge oppfinnelsen anordnet mikrolinser 10 for å fokusere lyset fra bildeelementene 12, 14, 16, 18 på den store linsens 20 krumme fokusplan 20A. Derved skapes holografisk effekt, fig. 4. In order to solve this screen alignment problem without thereby giving rise to new, other problems, according to the invention, microlenses 10 are arranged to focus the light from the picture elements 12, 14, 16, 18 on the curved focal plane 20A of the large lens 20. This creates a holographic effect, fig. 4.

Makrolinsens (den lentikulære linsens) fokusplan 2OA har en (ikke inntegnet) lysformende, diffuserende hinne som diffuserer lyset fra bildeelementene 12, 14, 16, 18 og sprer det i alle retninger mot den lentikulære linsen 20 som er en stor linse med typisk linseform, det vil si med rett, regulær form dannet av to speilsymmetriske, i motsatte retninger konvekse linselegemehalvparter, hvor nevnte symmetriplan er kvadra-tisk, se fig. 4. The focal plane 2OA of the macro lens (the lenticular lens) has a (not shown) light-shaping, diffusing membrane which diffuses the light from the image elements 12, 14, 16, 18 and spreads it in all directions towards the lenticular lens 20 which is a large lens with a typical lens shape, that is to say, with a straight, regular shape formed by two mirror-symmetric, in opposite directions convex lens body halves, where said plane of symmetry is square, see fig. 4.

Den store linsen 20 sender mottatt lys ut i den ønskede retning. The large lens 20 sends received light out in the desired direction.

Den autostereoskopiske skjermen ifølge oppfinnelsen kan sies å omfatte følgende funksjonelle komponenter ved de fleste ut-føre Isesformer: (i) skjerm, (ii) pixelmatrise [i skjermen (i)], (iii) matrise av lysformende anordninger i form av mikrolinser 10, én for hvert bildeelement/pixel, (iv) kurvet fokusplan (20A), lysformende og diffuserende hinne (uten hen-visningstall) på fokusplanet 20A, samt makrolinsen/den lentikulære linsen 20 som skaper nevnte holografiske virkning. Mikrolinsene (ikke vist i fig. 4) projiserer lyset fra bildeelementene 12, 14, 16, 18 på den lentikulære linsens 20 kurvede fokusplan 2OA (som er dekket av nevnte lysformende, diffuserende hinne - ikke vist). The autostereoscopic screen according to the invention can be said to comprise the following functional components in most forms of Iseformer: (i) screen, (ii) pixel matrix [in the screen (i)], (iii) matrix of light-shaping devices in the form of microlenses 10, one for each image element/pixel, (iv) curved focal plane (20A), light-shaping and diffusing membrane (without reference number) on the focal plane 20A, as well as the macro lens/lenticular lens 20 which creates the aforementioned holographic effect. The microlenses (not shown in Fig. 4) project the light from the image elements 12, 14, 16, 18 onto the curved focal plane 2OA of the lenticular lens 20 (which is covered by said light-shaping, diffusing film - not shown).

Denne hinne diffuserer lyset fra nevnte bildeelementer og sprer det i alle retninger mot makrolinsen 20, som sender det mottatte lyset ut i den ønskede retning. This membrane diffuses the light from said image elements and spreads it in all directions towards the macro lens 20, which sends the received light out in the desired direction.

Den foreliggende oppfinnelse har således tilknytning til to beslektede aspekter : (a) anvendelse av mikrolinser 10 for å omforme en AxB bildeelementmatrise til en (A<*>B)xl bildeelementmatrise, i den hensikt å øke vinkeloppløsningen i horisontal retning (den vertikale oppløsning på en LCD-skjerm benyttes i horisontal retning, idet man ikke behøver å anvende hele den vertikale oppløsning i horisontalretningen, idet det er fullt ut mulig å omforme en 16x16 bildeelementmatrise til for eksempel en 32x8 bildeelementmatrise) ; (b) anvendelse av mikrolinser til å omforme en flat/plan bildeelementmatrise til en krum bildeelementmatrise som faller sammen med det krumme fokusplanet til linsen 20 eller linsesystemet som avstedkommer den holografiske virkning, i den hensikt å redusere kompleksiteten hos det holografiske linsesystem. The present invention is thus related to two related aspects: (a) the use of microlenses 10 to transform an AxB image element matrix into an (A<*>B)xl image element matrix, with the intention of increasing the angular resolution in the horizontal direction (the vertical resolution of an LCD screen is used in the horizontal direction, as one does not need to use the entire vertical resolution in the horizontal direction, as it is entirely possible to transform a 16x16 pixel matrix into, for example, a 32x8 pixel matrix); (b) using microlenses to transform a flat/planar pixel array into a curved pixel array that coincides with the curved focal plane of the lens 20 or lens system producing the holographic effect, in order to reduce the complexity of the holographic lens system.

Ettersom man ved hjelp av en til hvert bildeelement tilordnet, spesialformet mikrolinse allikevel skal strekke og bøye lyset fra de enkelte bildeelementer, representerer det ved oppfinnelsesgjenstanden ikke noen ekstra kostnad samtidig å forme lyset på en slik måte at det projiseres på makrolinsens 20 krumme fokusplan 20A, hvorved man oppnår en langt bedre synsvinkel enn man ellers ville kunne ha fått. As one must still stretch and bend the light from the individual image elements with the help of a specially shaped microlens assigned to each image element, the subject matter of the invention does not represent any additional cost at the same time to shape the light in such a way that it is projected onto the curved focal plane 20A of the macrolens 20, whereby you achieve a far better angle of view than you would otherwise have been able to get.

Et fenomen som kalles holografi, for eksempel i forbindelse med en autostereoskopisk skjerm med høy horisontal vinkelopp-løsning, kan forklares slik: Et ordinært fotografi utmerker seg ved å se likt ut uansett fra hvilken vinkel det blir betraktet, se fig. 7. Dette skyldes at hvert punkt på bildet sender ut lys med den samme farge i alle retninger, det vil si at et eksempelvis rødt punkt på fotografiet vil se rødt ut uavhengig av hvor man betrakter det fra, se fig. 9. A phenomenon called holography, for example in connection with an autostereoscopic screen with high horizontal angular resolution, can be explained as follows: An ordinary photograph is distinguished by looking the same regardless of the angle from which it is viewed, see fig. 7. This is because every point in the image emits light of the same color in all directions, that is to say that an example red point in the photograph will look red regardless of where it is viewed from, see fig. 9.

I fig. 5 og 6 er sterkt skjematisert fremstilt ett øye 0 henholdsvis to øyne 0 i forhold til et bildeelement 22, fig. 5, hvis pixelstørrelse er betegnet med 24, mens skjermavstanden er angitt ved 26 og pixelvinkelen ved 28. In fig. 5 and 6 are highly schematically produced one eye 0 and two eyes 0 respectively in relation to an image element 22, fig. 5, whose pixel size is denoted by 24, while the screen distance is denoted by 26 and the pixel angle by 28.

I fig. 6 betegner henvisningstallet 30 en skjerm hvor synsom-rådet er avgrenset mellom buestykker som representerer henholdsvis maksimumsavstand 34 og minimumsavstand 36 samt i forhold til skjermens 30 symmetriplan "radiale" begrensnings-linjer 38 og 40 for synsvinkelen 42. Vinkelstørrelsen er avmerket ved 44. Synsfeltet er i fig. 6 betegnet med 46. In fig. 6, the reference number 30 denotes a screen where the field of view is delimited between arcs representing respectively the maximum distance 34 and the minimum distance 36, as well as in relation to the screen's 30 symmetry plane "radial" limitation lines 38 and 40 for the viewing angle 42. The angle size is marked at 44. The field of view is in fig. 6 denoted by 46.

I et holografisk system, for eksempel i form av et hologram, er det karakteristiske at man ser ulike bilder fra forskjellige vinkler, hvilket skyldes at hvert punkt sender ut ulikt lys i forskjellige retninger, se fig. 10, hvor pilene fra venstre mot høyre vil kunne ha følgende farger: oransje, blå, rød, gul, grønn, sort, rød, mens samtlige piler i fig. 9 angir at punktet har ens farge uansett "utstrålingsvinkel". In a holographic system, for example in the form of a hologram, it is characteristic that one sees different images from different angles, which is due to the fact that each point emits different light in different directions, see fig. 10, where the arrows from left to right could have the following colours: orange, blue, red, yellow, green, black, red, while all the arrows in fig. 9 indicates that the point has the same color regardless of the "radiation angle".

I et hologram er fargene fra hvert punkt i alle vinkler satt slik sammen at de simulerer lyset fra gjenstander i rommet. Når man snur på et hologram (fig. 8 og 10) skapes dermed den illusjon at en gjenstand roteres, fig. 8, hvilket gir en opplevelse av dybdevirkning. En tekanne på fotografiet i fig. 7 ser identisk ut uavhengig av betraktningsvinkel, mens den samme kanne i hologrammet i fig. 8 "inntar" ulike posisjoner avhengig av hvilken vinkel hologrammets plan danner med syns-retningen. In a hologram, the colors from each point at all angles are put together in such a way that they simulate the light from objects in the room. When you turn a hologram (fig. 8 and 10), the illusion is thus created that an object is rotated, fig. 8, which gives an experience of depth effect. A teapot in the photograph in fig. 7 looks identical regardless of viewing angle, while the same jug in the hologram in fig. 8 "takes up" different positions depending on the angle the hologram's plane forms with the direction of vision.

Som angitt innledningsvis, oppviser autostereoskopi skapt med linser over en flat skjerm, i og for seg kjent teknologi, fig. 11, til hvilken det knytter seg grunnleggende funksjons-/kvalitetsmessige begrensninger, fordi kjente og tradisjonelle linsesystemer hittil ikke har vært i stand til å skaffe tilveie en tilnærmelsesvis tilfredsstillende autostereosko-pisk opplevelse i fjernsyn, film eller lignende. As indicated at the outset, autostereoscopy created with lenses over a flat screen exhibits per se known technology, fig. 11, to which there are fundamental functional/quality limitations, because known and traditional lens systems have so far not been able to provide an approximately satisfactory autostereoscopic experience in television, film or the like.

Ifølge oppfinnelsen oppheves disse begrensninger ved å sette inn nevnte spesialutformede mikrolinser for å projisere hele eller deler av den vertikale oppløsning på en LCD-skjerm over i horisontal retning. Dersom hele den vertikale oppløsning anvendes i horisontal retning, vil antall unike vinkler i horisontal retning kvadreres, det vil si at 2x2 vinkler blir til 4x1 vinkler, 10x10 vinkler blir til 100x1 vinkler og så videre. According to the invention, these limitations are lifted by inserting said specially designed microlenses to project all or parts of the vertical resolution on an LCD screen in the horizontal direction. If the entire vertical resolution is used in the horizontal direction, the number of unique angles in the horizontal direction will be squared, that is, 2x2 angles become 4x1 angles, 10x10 angles become 100x1 angles and so on.

En annen begrensning ved autostereoskopiske systemer er knyttet til hvor stor synsvinkel det er mulig å oppnå med en enkel linse. En linse har normalt et kurvet fokusplan, mens de bakenforliggende bildeelementer vanligvis ligger i et helt flatt plan, for eksempel i en LCD-skjerm, fig. 12. Dette innebærer at det kun er de bildeelementer som sees rett forfra som vil være korrekt i fokus, og dette begrenser synsvinkelen for det holografiske bildet. Another limitation of autostereoscopic systems is linked to how large a viewing angle it is possible to achieve with a single lens. A lens normally has a curved focal plane, while the rear image elements usually lie in a completely flat plane, for example in an LCD screen, fig. 12. This means that only the image elements seen directly from the front will be correctly in focus, and this limits the viewing angle for the holographic image.

Innen optisk teknikk er dette et velkjent problem, som kan løses ved å sette sammen flere linser som flater ut fokusplanet, fig. 13. Ulempen med en slik løsning er at kompleksiteten hos systemene tiltar og dermed prisen. In optical engineering, this is a well-known problem, which can be solved by combining several lenses that flatten the focal plane, fig. 13. The disadvantage of such a solution is that the complexity of the systems increases and thus the price.

I overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse reduseres linsesystemets kompleksitet uten tap av synsvinkel ved - så som tidligere beskrevet - å projisere bildeelementene på en enkel linses krumme fokusplan ved hjelp av de angitte mikrolinser. Dette resulterer i et enkelt og billig linsesystem uten dets vanlige begrensning i form av liten synsvinkel. In accordance with the present invention, the complexity of the lens system is reduced without loss of viewing angle by - as previously described - projecting the image elements onto the curved focal plane of a single lens by means of the indicated microlenses. This results in a simple and inexpensive lens system without its usual limitation of a small angle of view.

Fig . 14A til 14C illustrerer skjematisk lysformende organer, her i form av mikrolinser 10A, 10B og 10C, med innbyrdes avvikende utforminger. Fig . 14A to 14C schematically illustrate light-shaping devices, here in the form of microlenses 10A, 10B and 10C, with mutually deviating designs.

I Fig. 14A er mikrolinselegemet utformet med krumning (uten helling) for fokusering av lyset. In Fig. 14A, the microlens body is designed with curvature (without tilt) for focusing the light.

I Fig. 14B er linselegemet 10B utformet med helling (uten krumning) for avbøyning av lyset. In Fig. 14B, the lens body 10B is designed with a slope (without curvature) for deflection of the light.

I Fig. 14C er linselegemet utformet med så vel krumning som helling for fokusering og avbøyning av lyset. In Fig. 14C, the lens body is designed with both curvature and slope for focusing and deflecting the light.

I samtlige tre tilfelle opptrer krumning og/eller helling kun én koordinatretning X, Y. Dersom man ønsker ulik avbøy-ning/helling i X- og Y-retning, må respektive linselegeme 10A, 105 eller 10C utformes motsvarende, det vil si med innbyrdes avvikende hellinger/krumninger i koordinatretningene. In all three cases, curvature and/or inclination only occurs in one coordinate direction X, Y. If you want different deflection/inclination in the X and Y directions, the respective lens body 10A, 105 or 10C must be designed correspondingly, that is, with each other deviant slopes/curvature in the coordinate directions.

Claims (2)

1. Anordning ved automultiskopisk skjerm som inneholder bildeelementer ordnet i linjer og kolonner til en bildematrise , og et optisk system hvor det inngår et første linsesystem som omfatter et linseelement (10) for hvert bildeelement (12, 14, 16, 18) i bildematrisen, hvor linseelementene (10) er ordnet i en linsematrise, et andre linsesystem som omfatter makrolinser (20), en gjennomskinnelig diffus hinne eller skjermplate som er anbrakt mellom linsesystemene, hvor første linsesystem er innrettet til å projisere bildeelement fra bildematrisen på den ene side, projek-sjonssiden, av skjermplaten, slik at det der dannes en projisert bildematrise, og hvor andre linsesystem er innrettet for å fremvise projiserte bildeelementer som er synlige på motsatt side, visningssiden, av skjermplaten, karakterisert ved at en gruppe linseelementer (10) i det første linsesystem er innrettet til å projisere bildeelementer (12, 14, 16, 18) fra to eller flere linjer i bildematrisen til én linje i den projiserte bildematrise, slik at de projiserte elementer danner et linjestykke (12a, 14a, 16a, 18a) på skjermplatens projeksjonsside, og hvor sett av linse-grupper er samordnet til å projisere elementer som en kolonne av linjestykker; og ved at hver makrolinse i det andre linsesystem er innrettet til å fremvise minst ett linjestykke som er synlige på skjermplatens vis-ningsside.1. Device for an automultiscopic screen that contains image elements arranged in lines and columns to form an image matrix, and an optical system which includes a first lens system comprising a lens element (10) for each image element (12, 14, 16, 18) in the image matrix, where the lens elements (10) are arranged in a lens matrix, a second lens system comprising macro lenses (20), a translucent diffuse film or screen plate which is placed between the lens systems, where the first lens system is arranged to project image elements from the image matrix on one side, the projection side, of the screen plate, so that a projected image matrix is formed there, and where the second lens system is arranged to display projected image elements that are visible on the opposite side, the display side, of the screen plate, characterized in that a group of lens elements (10) in the first lens system is arranged to project image elements (12, 14, 16, 18) from two or more lines in the image matrix to one line in the projected image matrix, so that the projected elements form a line segment (12a, 14a, 16a, 18a) on the projection side of the screen plate, and where sets of lens groups are coordinated to project elements as a column of line segments; and in that each macro lens in the second lens system is arranged to display at least one line segment which is visible on the display side of the screen plate. 2. Anordning ved automultiskopisk skjerm ifølge krav 1, karakterisert ved at makrolinsene har et krumt fokusplan og at den diffuse hinne/skjermplate er plassert og krummet slik at den del skjermplatens vis-ningsflate som fremvises av en bestemt makrolinse, ligger i den lentikulære linses fokusplan (2OA).2. Device for an automultiscopic screen according to claim 1, characterized in that the macrolenses have a curved focal plane and that the diffuse membrane/screen plate is positioned and curved so that the part of the display surface of the screen plate that is presented by a specific macrolens lies in the focal plane of the lenticular lens (2OA).
NO20010161A 2001-01-10 2001-01-10 Auto-telescopic display with pixel matrix and optical system, as well as related micro lens applications NO314862B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20010161A NO314862B1 (en) 2001-01-10 2001-01-10 Auto-telescopic display with pixel matrix and optical system, as well as related micro lens applications
PCT/NO2002/000010 WO2002059657A1 (en) 2001-01-10 2002-01-09 Auto-multiscopic screen with a picture element matrix and an optical system, and related microlens applications

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20010161A NO314862B1 (en) 2001-01-10 2001-01-10 Auto-telescopic display with pixel matrix and optical system, as well as related micro lens applications

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO20010161D0 NO20010161D0 (en) 2001-01-10
NO20010161L NO20010161L (en) 2002-07-11
NO314862B1 true NO314862B1 (en) 2003-06-02

Family

ID=19911993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20010161A NO314862B1 (en) 2001-01-10 2001-01-10 Auto-telescopic display with pixel matrix and optical system, as well as related micro lens applications

Country Status (2)

Country Link
NO (1) NO314862B1 (en)
WO (1) WO2002059657A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8780188B2 (en) 2008-06-27 2014-07-15 Koninklijke Philips N.V. Autostereoscopic display device
US20150177608A1 (en) * 2013-02-01 2015-06-25 Jeremy Richard Nelson Auto stereoscopic projector screen
US11762138B2 (en) 2020-12-24 2023-09-19 Sharp Kabushiki Kaisha Microlenses and filter layers for emission control from a curved display

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8716369D0 (en) * 1987-07-10 1987-08-19 Travis A R L Three-dimensional display device
GB2272555A (en) * 1992-11-11 1994-05-18 Sharp Kk Stereoscopic display using a light modulator
US5521724A (en) * 1993-11-15 1996-05-28 Shires; Mark R. Real-time automultiscopic 3D video display using holographic optical elements (HOEs)
US5696371A (en) * 1996-05-23 1997-12-09 Eastman Kodak Company Diffractive/refractive lenslet array

Also Published As

Publication number Publication date
NO20010161L (en) 2002-07-11
NO20010161D0 (en) 2001-01-10
WO2002059657A1 (en) 2002-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101600818B1 (en) 3 three dimensional optical module and display device including the same
US9507174B2 (en) Spatial focal field type glasses display
JP4994556B2 (en) High clarity lens system
JP5112326B2 (en) Optical system for 3D display
TW571120B (en) Three-dimensional display method and its device
JP5478445B2 (en) Autostereoscopic display
WO2017080089A1 (en) Directive colour filter and naked-eye 3d display apparatus
WO2011043188A1 (en) Display method, display device, optical unit, method for manufacturing display device, and electronic apparatus
CN109445003B (en) Color three-dimensional Moire imaging optical device
KR20080036018A (en) Controlling the angular extent of autostereoscopic viewing zones
CN105492959B (en) Multi-view display device
JP2002034057A (en) Multi-view point video display system
JP2005533291A (en) Autostereoscopic projection device
JP2003121786A (en) Three-dimensional image display device
JP2009510538A (en) Improving lenticular design by providing light blocking features
CN106291945B (en) A kind of display panel and display device
JP2006030507A (en) Three-dimensional spatial image display apparatus and three-dimensional spatial image display method
KR20210049594A (en) Three-dimensional image projection apparatus
TWI648558B (en) Multi-view display device and handheld device using the multi-view display device
JP2006243732A (en) Two dimensional/three dimensional image switchable display
CN102736253A (en) Uncased hole autostereoscopic display
NO314862B1 (en) Auto-telescopic display with pixel matrix and optical system, as well as related micro lens applications
CN106255915B (en) Rear projection screen and head-up display
US11092818B2 (en) Device for displaying stereoscopic images
CN112835259A (en) Projection type naked eye three-dimensional display device

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees